JPH1070409A - 移動無線用アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 給電点インピーダンスが低く垂直面内指向性
が割れない高利得の移動無線用の垂直アンテナを提供す
る。 【解決手段】 アンテナ素子１５,１７は給電点１４,１
６において同軸給電線１１の内導体１２，外導体１３に
よって給電され、アンテナ素子１７の下端は、スリーブ
の円周方向に沿って湾曲させた４分の１波長の位相器１
８に接続されているので、半波長だけ電流分布の位相が
回っていて２分の１波長スリーブによるアンテナ素子１
９上の電流分布はアンテナ素子１５，１７上のものと同
位相となり、給電点インピーダンスは低く垂直面内でビ
ームが割れることなくかつ高利得を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高利得で垂直面内の
指向性が良好な移動無線用アンテナに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話、パーソナルハンディホ
ンシステム等の移動無線が盛んに用いられている。移動
無線の基地局に用いるアンテナに求められる条件とし
て、移動局の位置が特定できないため水平面内は極力指
向性がないものがよく、また垂直面内は屋内用等の特殊
な場合を除きチルト角が小でサイドローブも少なく利得
の高いことが望ましい。

【０００３】従来、移動無線用の固定局に用いられるア
ンテナとしては２分の１波長の垂直ダイポールを基本と
して、これよりさらに利得を高くする手段の一つとし
て、図５（ａ）に示すような１波長アンテナがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図５
（ａ）に示すような従来の１波長アンテナにおいてその
中央で給電するとアンテナの電流分布は破線、電圧分布
は実線のようになり、垂直面内の指向性は図５（ｂ）の
実線のように良好で利得も高いが、電流・電圧分布より
わかるように給電点のインピーダンスが高いという問題
点がある。このインピーダンスが高いという問題点を解
決するために、図６のように給電点を中央からずらすと
いう対策が行われているが、この方法では図６中に破線
で示した電流分布が上半分と下半分とでは位相が逆にな
るために、図５（ｂ）の破線のように垂直面内の指向性
が割れるという問題点がある。

【０００５】給電点の高インピーダンスとビーム割れの
問題点をともに解決するものとして電子通信学会編、ア
ンテナ工学ハンドブック１３７頁（昭和５５年１０月３
０日オーム社発行）に示すようなとう管（スリーブまた
はスカートともいう、以下スリーブ）付きダイポールア
ンテナがある。以下にその内容を説明する。

【０００６】図７において、同軸給電線７１の外導体７
３を先端から４分の１波長だけ取り除くことにより、先
端の内導体７２の露出部７５は点７４を給電点とする４
分の１モノポールアンテナを形成し、さらに、外導体７
３の先端の給電点７６において４分の１波長のスリーブ
７７を接続する。スリーブ７７の下端から外導体７３ａ
を４分の１波長分露出させて点７８でスリーブ７９を接
続し、さらにスリーブ７９の下端から外導体７３ｂを４
分の１波長分露出させて点８０でスリーブ８１を接続す
る。

【０００７】以上のように構成された従来のアンテナの
動作を説明すると、図７においてアンテナ素子としての
内導体７５，スリーブ７７は給電点７４，７６において
給電される。スリーブ７７，７９，８１がない場合は外
導体７３表面に流れた定在波電流によって放射が相殺さ
れるが、４分の１波長のスリーブ７７によって、その表
面から内面に流れた定在波が４分の１波長を折り返すこ
とによって、外導体７３ａとスリーブ７９との表面の電
流分布は、アンテナ素子である内導体７５とスリーブ７
７の表面との電流分布と位相が同一となって放射が相殺
されない。外導体７３ｂとスリーブ８１表面との電流分
布についても同様である。

【０００８】このように図７のスリーブ付きダイポール
アンテナは給電点の高インピーダンスとビーム割れの問
題点をともに解決するものであるが、スリーブ７７から
下方への電流は自然に漏洩したものであり、下方へ行く
に従って電流が弱くなるという問題点が残っている。す
なわちスリーブ７７と外導体７３ａとで形成される同軸
線路を考えると、上端で両者はショートされており、ス
リーブ７７がバランとして機能していれば、給電点から
４分の１波長のスリーブの下端ではインピーダンスが無
限大になり、ここから下への漏れ電流は流れないはずで
あるが、バランが理想的に働くのは狭い帯域であること
と、２分の１波長のアンテナとして共振する長さは、実
は物理的な２分の１波長より少し短いためにスリーブ７
７をバランとして動作させるにはやや短いため、理想的
なバランにはならず、スリーブ７７の下端においてイン
ピーダンスは無限大とはならずに漏れ電流が発生する。
すなわち、この例ではそのようにして自然に発生した漏
れ電流によって下の段の素子の励振を行うことになる。

【０００９】本発明は、このような従来のアンテナの課
題を考慮し、給電点インピーダンスが低く、かつ垂直面
内の指向ビームが割れず構造も簡単な移動無線用アンテ
ナを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の第１の発明の移動無線用アンテナは、２分の
１波長垂直スリーブ付きダイポールの中央で給電し、こ
の２分の１波長垂直スリーブ付きダイポールの下端と２
分の１波長のスリーブとの間に中間点で短絡した４分の
１波長位相器を接続して、この４分の１波長位相器をス
リーブとスリーブとの間でその円周方向に沿って湾曲さ
せたことにより、給電点インピーダンスが低く、垂直面
内の指向ビームが割れずかつ利得が高く構造も簡単な移
動無線用アンテナを得ることができる。

【００１１】本発明の第２の発明の移動無線用アンテナ
は、２分の１波長垂直スリーブ付きダイポールの中央よ
りやや下で同軸給電線により給電し、このスリーブ状の
アンテナ素子の下端から略４分の１波長の点で４分の１
波長のスリーブの上端と同軸給電線の外導体とを接続し
たことによって、４分の１波長よりやや短いスリーブ状
のアンテナ素子内で２分の１波長垂直スリーブダイポー
ルよりの漏洩電流がほぼ位相反転し、さらに漏洩した電
流が同軸給電線上と４分の１波長の長さを持つスリーブ
との上で２分の１波長垂直スリーブ付きダイポールと同
位相となるので、給電点インピーダンスを低くすること
ができ、かつ垂直面内のビームが割れずかつ利得が高く
構造も簡単な移動無線用アンテナを得ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。本発明の請求項１に記載の
発明は中央で給電した２分の１波長垂直スリーブ付きダ
イポールと、２分の１波長垂直スリーブ付きダイポール
の下端に一端を接続して中間点で短絡した４分の１波長
位相器と、４分の１波長位相器の他端に上端を接続した
２分の１波長のスリーブとを備え、４分の１波長位相器
は２分の１波長垂直スリーブ付きダイポールと２分の１
波長のスリーブとの間においてスリーブの円周方向に沿
って湾曲させた構成となっている。

【００１３】この構成において２分の１波長垂直スリー
ブダイポールの中央で給電するので給電点インピーダン
スを低くすることができ、かつ４分の１波長位相器内の
電流は互いに打ち消しあって４分の１波長位相器を通過
して２分の１波長スリーブ上の電流位相は上方の２分の
１垂直スリーブアンテナと同一となり垂直面内の指向性
が割れないように作用する。

【００１４】請求項２に記載の発明は、請求項１の構成
において、４分の１波長位相器は２分の１波長垂直スリ
ーブ付きダイポールの下端に接続されている点と２分の
１波長のスリーブ上端に接続されている点との間隔が大
であり、短絡点に向かうにしたがって間隔が小になって
いくように構成されている。

【００１５】この構成において、スリーブの円周方向に
沿って湾曲させた場合においても位相器の素子同士が重
畳することなく狭い部分に納めることができるように作
用する。

【００１６】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１の構成において、４分の１波長位相器の他端を２分の
１波長のスリーブの上端に接続したものを一組として必
要な組数だけ２分の１波長のスリーブの下端に縦続に接
続した構成となっている。

【００１７】この構成において、組数を増やすことによ
ってさらに利得を高めるように作用する。

【００１８】本発明の請求項４に記載の発明は、同軸給
電線の内導体から給電した４分の１波長よりやや長いア
ンテナ素子と前記同軸給電線の外導体から給電した４分
の１波長よりやや短く前記同軸給電線の周囲を囲むスリ
ーブ状のアンテナ素子とからなる２分の１波長垂直スリ
ーブ付きダイポールと、前記２分の１波長垂直スリーブ
付きダイポールのスリーブ状のアンテナ素子の下方にお
いて前記同軸給電線の外導体と、この外導体に上端で接
続され前記同軸給電線の周囲を囲み下方へ略４分の１波
長の長さを持つスリーブとで２分の１波長に共振する構
成を少なくとも１組備えた構成となっている。

【００１９】この構成において２分の１波長垂直スリー
ブダイポールに給電され４分の１波長よりやや短いスリ
ーブ状のアンテナ素子内で漏洩電流がほぼ位相反転し、
さらに漏洩した電流が同軸給電線と４分の１波長の長さ
を持つスリーブとの上で２分の１波長垂直スリーブ付き
ダイポールと同位相となって共振するので、給電点イン
ピーダンスを低くすることができ、かつ垂直面内の指向
性が割れないように作用する。

【００２０】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
４の構成において、２分の１波長に共振する構成の最下
段の組のスリーブは物理的に４分の１波長になるように
構成したものである。

【００２１】この構成において、給電点インピーダンス
を低くでき、垂直面内の指向性が割れないのに加えて同
軸給電線への漏洩電流を防止するように作用する。

【００２２】（実施形態１）以下本発明の実施形態１に
ついて、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施形
態１の移動無線用アンテナの斜視図、図２は同じくその
断面図を示す。図１および図２において、同軸給電線１
１の内導体１２が給電点１４で４分の１波長のアンテナ
素子１５に接続され、同軸給電線１１の外導体１３が給
電点１６において同軸給電線１１の外囲を囲む４分の１
波長のスリーブ状のアンテナ素子１７に接続されてい
る。アンテナ素子１７の下方には平行な２本の導線の先
端を短絡された長さ４分の１波長の位相器１８の一端が
接続点１７ａにおいて接続されている。この位相器１８
の他端は２分の１波長の長さのスリーブ１９の上端に接
続点１９ａにおいて接続されている。このスリーブ１９
は同軸給電線１１の外周を囲み位相器１８以外のどこに
も接続されず絶縁されている。図３（ａ）は位相器１８
の要部展開図、（ｂ）はその要部斜視図を示す。この位
相器１８は図１や図３のようにアンテナ素子１７とアン
テナ素子１９の間でスリーブの円周方向に沿って湾曲さ
せてあり、図２では説明のために右方向に展開した状態
を示している。（下線部は、内容の訂正(１５と１７を
１７を１９に訂正)と記載場所の移動をしました） 以上のように構成された移動無線用アンテナについて、
以下その動作を説明する。まず図１，２において、アン
テナ素子１５，１７は給電点１４，１６において、同軸
給電線１１の内導体１２，外導体１３によって給電され
る。このときの給電点は２分の１波長ダイポールの中央
であるから給電点インピーダンスは低い。アンテナ素子
１７の下端は位相器１８に接続されているので、位相器
１８の中の電流分布の位相は図２の右方向と折り返して
左方向に戻るものとは逆位相になり打ち消し合って外部
に影響を与えない。この働きは位相器１８を図１，図３
のようにスリーブの円周方向に沿って湾曲させても変わ
らない。そして位相器１８内で半波長だけ位相が進むの
でアンテナ素子１９上の電流分布はアンテナ素子１５，
１７上のものと同位相となる。このため垂直面内のビー
ムは図５（ｂ）の実線のようになり、従来のように垂直
面内でビームが割れることを防ぐことができる。

【００２３】以上のように本実施形態によれば、中央で
給電した半波長アンテナと無給電の半波長スリーブとの
間を４分の１波長位相器で接続し、位相器を半波長アン
テナと半波長スリーブとの間で円周方向に沿って湾曲さ
せることによって給電点インピーダンスを高くすること
なく、垂直面内指向性ビームが割れずかつ小型な１波長
アンテナを構成することができる。

【００２４】なおアンテナ素子１５はスリーブでなくて
同軸給電線１１の内導体１２をそのまま用いても差し支
えない。

【００２５】（実施形態２）以下本発明の実施形態２の
移動無線用アンテナについて図面を用いて説明する。実
施形態１と異なるのは位相器の構成のみである。すなわ
ち実施形態１においては、位相器１８は平行な２本の導
線の先端を短絡されたものであったが、本実施形態にお
いては、図３（ｃ）に示すように、長さ４分の１波長の
位相器１８ａは２本の導線が先端で短絡されたものであ
っても先端程狭くなっている。すなわち、アンテナ素子
１７の下端で接続された接続点１７ａと２分の１波長の
長さのスリーブ１９の上端で接続された接続点１９ａと
の間隔は広く、他方その２本の導線の先端の短絡点に近
づくにつれて間隔が狭くなっている。このような位相器
１８ａをスリーブの円周方向に湾曲させたとき、導線相
互の間隔が先端に行くにしたがって狭くなっているので
導線相互が接触しにくく、湾曲させやすい。したがって
スリーブの直径が小さくても２分の１波長ダイポールと
２分の１波長スリーブとの間に位相器を収容しやすくす
ることができる。

【００２６】（実施形態３）以下本発明の実施形態３の
移動無線用アンテナについて説明する。実施形態１の構
成に加えて、図１、図２の２分の１波長スリーブ１９の
下端に、さらに位相器１８と同様な第２の位相器の一端
を接続し、その第２の位相器の他端に図１、図２のスリ
ーブ１９と同様の第２のスリーブをさらに接続する。こ
の場合も第２の位相器内で半波長だけ電流分布の位相が
進むので追加した第２のスリーブ上の電流分布はスリー
ブ１９と同位相であり垂直面内指向性ビームが割れずさ
らに利得の高い垂直アンテナを実現することができる。
この構成は長さが許す範囲内において位相器とスリーブ
とを縦続接続することによってさらに指向性と利得を高
めることができる。

【００２７】（実施形態４）以下本発明の実施形態４の
移動無線用アンテナについて図面を用いて説明する。本
実施形態では実施形態１ないし３とは異なった方法で給
電点インピーダンスとビーム割れを解決している。

【００２８】図４において、同軸給電線４１の内導体４
２が、給電点４４で４分の１波長よりやや長いスリーブ
状のアンテナ素子４５に接続され、同軸給電線４１の外
導体４３が給電点４６において４分の１波長よりやや短
いスリーブ状のアンテナ素子４７に接続されている。そ
してアンテナ素子４５の上端からアンテナ素子４７の下
端までの長さが、２分の１波長アンテナとして動作する
ように構成している。アンテナ素子４７の下方には同軸
給電線４１の外導体４３が約４分の１波長にわたって露
出してアンテナ素子４３ａとして働く。さらに、その下
方には点４８において４分の１波長のスリーブ状のアン
テナ素子４９が同軸給電線４１の外導体４３の露出部４
３ａに接続されている。

【００２９】さらに詳しく説明すると、図４のアンテナ
の電流分布の節となるａ点からアンテナ素子４９の下端
までの長さを２分の１波長アンテナとして共振する長さ
に設定し、かつアンテナ素子４９を物理的に４分の１波
長になるように設定している。

【００３０】つぎに本実施の形態の動作を説明する。図
４において、アンテナ素子４５，４７は給電点４４，４
６において給電される。このときの給電点インピーダン
スは２分の１波長の中央から少しずれているので、通常
の２分の１波長ダイポールの場合よりやや高い。アンテ
ナ素子４７は４分の１波長よりわざと短くしているの
で、その表面と内面の電流分布は完全には打ち消されず
に電流分布の節は図４のａ点となり同軸給電線４１の外
導体でもある約４分の１波長の露出部４３ａの部分に漏
洩して物理的に４分の１波長のスリーブ４９とともに、
２分の１波長アンテナ同様に、２分の１波長に共振して
電波を放射する。つまりアンテナ素子４７のバランとし
ての機能をわざと崩して漏洩電流を積極的に利用しよう
とするものである。そしてスリーブ４９は上記のように
物理的な４分の１波長なのでバランとして働き、この下
端でインピーダンスは無限大となり、同軸給電線４１の
下方へは漏洩電流が流れない。スリーブ４９をバランと
しての動作をさせない場合は同軸給電線の下方にチョー
クを設けて漏洩電流を防止しなければならない。

【００３１】このように同軸給電線４１で給電されるア
ンテナ素子４５，４７の部分とアンテナ素子４７から漏
洩した電流で励振される外導体４３ａ、スリーブ４９の
部分とが、それぞれ２分の１波長アンテナとして働き、
かつ図４の破線に示すように両者の電流分布の位相は同
一であり、図５（ｂ）の破線のように垂直面内でビーム
が割れるのを防ぐことができる。なおアンテナ素子４５
はスリーブ状でなくて同軸給電線４１の内導体４２をそ
のまま用いても差し支えない。

【００３２】（実施形態５）以下本発明の実施形態５の
移動無線用アンテナについて説明する。実施形態５は実
施形態４のアンテナの構成を基本としてさらに利得を高
める方法である。すなわち、図８に示すように、図４の
外導体４３ａとスリーブ４９との構成の間に、同じよう
に２分の１波長に共振する外導体４３ａ’とスリーブ４
９’との構成を１（あるいは複数組）追加するものであ
る。そうしてこの外導体４３ａ’とスリーブ４９’との
構成の最も下の組のスリーブ４９’’は物理的に４分の
１波長にするが、中間のスリーブ４９’は４分の１波長
よりやや短くすることによって、実施形態４のスリーブ
状のアンテナ素子４７と同様にわざと下方の同軸給電線
の外導体に漏れ電流を流すものである。このように本実
施形態も実施形態４と同様アンテナ素子と、アンテナ素
子からの漏れ電流で励振される外導体とスリーブの構成
との電流分布の位相は同一であり、垂直面内でビームが
割れることを防ぐことができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の移動無線用
アンテナは、給電点インピーダンスが低く、垂直面内の
指向ビームが割れずかつ利得が高く構造も簡単な移動無
線用アンテナを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の移動無線用アンテナの斜
視図

【図２】同実施の形態の断面図

【図３】（ａ）４分の１波長位相器を展開した要部断面
図 （ｂ）４分の１波長位相器の要部斜視図 （ｃ）実施形態２の４分の１波長位相器を展開した要部
断面図 （ｄ）その４分の１波長位相器の要部斜視図

【図４】本発明の実施形態４の移動無線用アンテナの断
面図

【図５】（ａ）従来の移動無線用アンテナの概要図 （ｂ）同じくその垂直面内指向性を示す概要図

【図６】他の従来の移動無線用アンテナの概要図

【図７】さらに他の従来の移動無線用アンテナの断面図

【図８】本発明の実施形態５の移動無線用アンテナの断
面図

【符号の説明】

１１,４１ 同軸給電線 １２,４２ 内導体 １３,４３ 外導体 １４,１６,４４,４６ 給電点 １５,１７ ４分の１波長スリーブ １７ａ,１９ａ 接続点 １８,１８ａ ４分の１波長位相器 １９ ２分の１波長スリーブ ４５ ４分の１波長よりやや長いスリーブ ４７ ４分の１波長よりやや短いスリーブ ４３ａ 外導体の一部 ４９ ４分の１波長スリーブ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央で給電した２分の１波長垂直スリー
   ブ付きダイポールと、 前記２分の１波長垂直スリーブ付きダイポールの下端に
   一端を接続して中間点で短絡した４分の１波長位相器
   と、 前記４分の１波長位相器の他端に上端を接続した２分の
   １波長のスリーブとを備え、 前記４分の１波長位相器は前記２分の１波長垂直スリー
   ブ付きダイポールと前記２分の１波長のスリーブとの間
   において、スリーブの円周方向に沿って湾曲しているこ
   とを特徴とする移動無線用アンテナ。
2. 【請求項２】 ４分の１波長位相器は、前記２分の１波
   長垂直スリーブ付きダイポールの下端に接続されている
   点と前記２分の１波長のスリーブ上端に接続されている
   点との間隔が大であり、前記短絡点に向かうにしたがっ
   て間隔が小になっていることを特徴とする請求項１記載
   の移動無線用アンテナ。
3. 【請求項３】 ４分の１波長位相器の他端を前記２分の
   １波長のスリーブの上端に接続したものを一組として所
   定の組数、前記２分の１波長のスリーブの下端に縦続に
   接続したことを特徴とする請求項１記載の移動無線用ア
   ンテナ。
4. 【請求項４】 同軸給電線の内導体から給電した４分の
   １波長よりやや長いアンテナ素子と、前記同軸給電線の
   外導体から給電した４分の１波長よりやや短く前記同軸
   給電線の周囲を囲むスリーブ状のアンテナ素子とを有す
   る２分の１波長垂直スリーブ付きダイポールと、 前記２分の１波長垂直スリーブ付きダイポールのスリー
   ブ状のアンテナ素子の下方において前記同軸給電線の外
   導体と、この外導体に上端で接続され前記同軸給電線の
   周囲を囲み下方へ略４分の１波長の長さを持つスリーブ
   との、２分の１波長に共振する機構を少なくとも１組備
   えたことを特徴とする移動無線用アンテナ。
5. 【請求項５】 ２分の１波長に共振する機構の最下段の
   組のスリーブは電気的に４分の１波長であることを特徴
   とする請求項４に記載の移動無線用アンテナ。